專利名稱：混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電機節(jié)能裝置，尤指一種混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置。
背景技術(shù)：
由于非線性負荷的大量應(yīng)用，導(dǎo)致在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的高次諧波，電力系統(tǒng)的電壓和電流波形會發(fā)生嚴重畸變，從而給電力系統(tǒng)帶來很大的“電網(wǎng)污染”。特別是用戶內(nèi)部短路以及開關(guān)操作、變壓器或電容器組投切時的短時中斷均會引起電能質(zhì)量擾動問題。這將直接導(dǎo)致負載的工作效能下降，加大線路的無效功耗，長期以往不僅影響線路負載的壽命，而且造成大量電能的無用耗費。目前，用于火力發(fā)電、冶金采礦、石油化工等電機工程的節(jié)電裝置，通常采用單一的變頻控制技術(shù)，以實現(xiàn)節(jié)能目的。這種技術(shù)在具有節(jié)能效果的同時卻存在著技術(shù)缺失 自身會產(chǎn)生電力諧波污染，特別是負載電機電流比較大時，產(chǎn)生的諧波會更嚴重，甚至造成線路上其他的電器設(shè)備運行不正常。且對線路中已存在的其它設(shè)備產(chǎn)生的大量的高次諧波、電壓和電流的波形畸變表現(xiàn)得無能為力，不能對高次諧波進行濾除和線路波形畸變的補償；節(jié)能效果差；在線路干擾大時容易受干擾，甚至造成控制失誤；無法實時遠程監(jiān)控。有源電力濾波技術(shù)，它的基本工作原理是實時檢測補償對象的電壓和電流，經(jīng)信號處理器采樣運算計算得出補償電流，得出補償電流，補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波及無功電流，大小相等、相位相反、相互抵消，最終得到期望的電網(wǎng)電流，使電網(wǎng)電流成為與電壓同相位的正弦波，從而達到抑制諧波，補償無功的目的。然而它卻不能調(diào)整線路的電壓大小，以求通過電壓的調(diào)整實現(xiàn)節(jié)能目的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是要提供一種混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，不僅通過變頻技術(shù)控制電路調(diào)整輸出頻率，又能通過有源電力濾波數(shù)字處理控制電路，抑制諧波、 補償無功，通過信息數(shù)字控制系統(tǒng)控制變頻控制電路，對達到節(jié)能目的。為實現(xiàn)所述目的，采用如下技術(shù)方案本實用新型提供的一種混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，包括變頻控制電路、混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電控制電路。變頻控制電路包括有變頻功率輸出電路、變頻信號驅(qū)動電路、隔離驅(qū)動電路、輸出信號檢測電路、輸入保護整流濾波電路、16位SPWM MCU (變頻專用16位微處理器)、變頻調(diào)節(jié)、MCU通訊接口電路；有源電力濾波數(shù)字處理控制電路包括，數(shù)字處理芯片DSP、諧波信號采樣處理電路CAP、電壓采樣電路、電流互感器、電流信號處理電路、隔離驅(qū)動電路、PWM驅(qū)動電路、濾波驅(qū)動及保護電路、接觸器驅(qū)動電路、存儲器、通訊接口。在變頻控制電路的三相輸入回路上，裝接有源電力濾波數(shù)字處理控制電路；在數(shù)字處理芯片DSP與變頻控制電路通過MCU通訊接口電路進行數(shù)據(jù)交換；在所述的變頻控制電路的三相輸入回路上，安裝有電流互感器，將檢測的負載電流信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路輸入到數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸入端；在變頻控制電路的三相輸入回路上，并聯(lián)連接有電壓采樣電路，將檢測的電壓信號，輸入到數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸入端；諧波信號采樣處理電路CAP的輸入端與變頻控制電路的三相輸入回路上的至少一相并聯(lián)連接，將檢測的諧波信號，輸入到數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸入端；數(shù)字處理芯片DSP的信號依次經(jīng)隔離驅(qū)動電路、PWM驅(qū)動電路、濾波驅(qū)動及保護電路，并分別通過濾波驅(qū)動及保護電路的三個輸出端，并聯(lián)輸入到變頻控制電路三相輸入回路上。在所述的變頻控制電路中，三相輸入回路連接有輸入保護整流濾波電路，又經(jīng)變頻功率輸出電路輸出；輸出信號檢測電路輸入端與變頻功率輸出電路相連，將檢測的信號反饋至16位SPWM MCU與變頻信號進行運算，輸出信號經(jīng)隔離驅(qū)動電路、變頻信號驅(qū)動電路至變頻功率輸出電路輸出變頻控制信號。所述的存儲器為IIC串行通訊接口與數(shù)字處理芯片DSP的IIC通訊接口連接。所述的通訊接口的輸入端和輸出端分別與數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸出端和輸入端連接。所述的變頻調(diào)節(jié)與16位SPWM MCU連接。MCU通訊接口電路為雙向串行通訊接口連接16位 SPWM MCU與數(shù)字處理芯片DSP。本實用新型是針對火力發(fā)電、冶金采礦、石油化工等電機工程設(shè)計的節(jié)能裝置。在變頻控制電路上，R、S、T為交流電的輸入端，W、V、U為節(jié)電輸出端。 在變頻控制電路的三相輸入回路上并聯(lián)有源電力濾波數(shù)字處理控制電路。一方面通過電流互感器，將檢測到的負載電流信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路，輸入到數(shù)字處理芯片DSP;—方面通過電壓采樣電路實時檢測三相負載電壓，同時通過諧波采樣電路實時檢測線路的諧波份量。由數(shù)字處理芯片DSP將檢測到的電壓和電流信號進行運算，通過接觸器驅(qū)動電路，指令電源接觸器、旁路接觸器和控制接觸器接通或關(guān)斷、通過電磁變壓器進行電磁調(diào)壓，以調(diào)節(jié)電磁變壓器的輸出電壓，求得電壓的穩(wěn)定與均衡，實現(xiàn)調(diào)壓節(jié)能；隔離驅(qū)動電路、 PWM驅(qū)動電路、濾波驅(qū)動及保護電路(IGBT模塊)，接收來自數(shù)字處理芯片DSP運算得出的諧波補償電流的指令信號，該信號經(jīng)隔離驅(qū)動電路、再經(jīng)PWM驅(qū)動電路放大后，得出補償電流，使濾波驅(qū)動及保護電路(IGBT模塊)工作，以控制主電路電流跟隨指令電流的變化。補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波及無功電流大小相等、相位相反、相互抵消，最終得到期望的電網(wǎng)電流，使電網(wǎng)電流成為與電壓同相位的正弦波，從而達到抑制諧波，補償無功的目的。本實用新型既能通過變頻控制電路調(diào)整輸出頻率，提高負載工作效率實現(xiàn)節(jié)能， 又能通過有源電力濾波數(shù)字處理控制電路，抑制諧波、補償無功，進一步實現(xiàn)節(jié)能。較傳統(tǒng)的單純依靠變頻控制或單純依靠有源電力濾波，諧波抑制、無功補償技術(shù)相比，節(jié)能效率得到明顯提高。

圖1為電路框圖。圖2為變頻控制電路和濾波驅(qū)動及保護電路(IGBT模塊)具體電路圖。主要符號如下說明1、數(shù)字處理芯片DSP2、16位3 麗1(^3、MCU通訊接口電路4、電壓采樣電路5、接觸器驅(qū)動電路6、電流信號處理電路[0017]7、隔離驅(qū)動電路8、P麗驅(qū)動電路9、濾波驅(qū)動及保護電路10、電流互感器11、電流信號處理電路12、時鐘發(fā)生器13、數(shù)字處理芯片DSP的輸入端14、諧波采樣電路CAP15、接觸器驅(qū)動電路的輸入端16、數(shù)字處理芯片DSP的輸出端17、存儲器18、隔離驅(qū)動電路19、變頻信號驅(qū)動電路20、變頻功率輸出電路21、輸入保護整流濾波電路22、輸出信號檢測電路23、風(fēng)扇驅(qū)動24、變頻調(diào)節(jié)25、電源接觸器
具體實施方式
參照圖1。本實用新型提供的混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，包括變頻控制電路、有源電力濾波數(shù)字處理控制電路。變頻控制電路包括有16位SPWM MCU 2、輸入保護整流濾波電路21、變頻功率輸出電路20、變頻信號驅(qū)動電路19、隔離驅(qū)動電路18、輸出信號檢測電路22、MCU通訊接口電路 3、風(fēng)扇驅(qū)動23、變頻調(diào)節(jié)M ；有源電力濾波數(shù)字處理控制電路包括數(shù)字處理芯片DSP 1、諧波采樣電路CAP 14、電壓采樣電路4、電流互感器10、電流信號處理電路6、隔離驅(qū)動電路7、PWM驅(qū)動電路 8、濾波驅(qū)動及保護電路9、接觸器驅(qū)動電路5、存儲器17、通訊接口 6、時鐘發(fā)生器12、鍵盤 LCD15、聲光報警指示16、電源接觸器25。在變頻控制電路的三相輸入回路上，裝接有有源電力濾波數(shù)字處理控制電路；在數(shù)字處理芯片DSP 1連接有接觸器驅(qū)動電路5，即接觸器驅(qū)動電路的輸入端15與數(shù)字處理芯片DSP的輸出端16連接，接觸器驅(qū)動電路的輸出端與電源接觸器25連接；在所述的變頻控制電路的三相輸入回路上，安裝有電流互感器10，將檢測的負載電流信號，經(jīng)電流信號處理電路11，輸入到數(shù)字處理芯片DSP的輸入端13 ；在變頻控制電路的三相輸入回路上，并聯(lián)連接有電壓采樣電路4，將檢測的電壓信號，從電壓采樣電路的輸入端4(1)、4 0)、4(；3)輸入，從輸出端4 (4)輸出，并輸入到數(shù)字處理芯片DSP的輸入端11 ；諧波信號采樣處理電路(CAP) 14的輸入端14(1)與變頻控制電路的三相輸入回路上的至少一相并聯(lián)連接，也可以同時兩相并聯(lián)連接或三相并聯(lián)連接，將檢測的諧波信號，通過輸出端14 (2)、14 (3)輸入到數(shù)字處理芯片DSP的輸入端11 (0)、11 (1)；數(shù)字處理芯片DSP 的濾波補償信號經(jīng)輸出端14、15，進入隔離驅(qū)動電路7的輸入端7(1)、70)、經(jīng)隔離驅(qū)動電路7的輸出端7 (3)進入PWM驅(qū)動電路8的輸入端8⑴、再經(jīng)脈寬調(diào)整后，由PWM驅(qū)動電路 8的輸出端8 (2)進入濾波驅(qū)動及保護電路9的輸入端9 (5)，并分別通過濾波驅(qū)動及保護電路的三個輸出端9(1) ,9(2)、9 (3)，并聯(lián)輸入到變頻控制電路三相輸入回路上。濾波驅(qū)動及保護電路9的另一輸出端9(4)與數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸入端13連接。所述的存儲器 17輸出端17 (1)和輸入端17 (2)分別與相應(yīng)的數(shù)字處理芯片DSP的輸入端17和輸出端16 連接。所述的通訊接口的輸入端6(1)和輸出端6( 分別與數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸出端11 (4)和輸入端11 (5)連接。數(shù)字處理芯片DSP的輸出端11 (3)與聲光報警指示16連接。數(shù)字處理芯片DSP通過端口 11( 與鍵盤IXD15連接。數(shù)字處理芯片DSP輸出端19與風(fēng)扇驅(qū)動電路13連接。數(shù)字處理芯片DSP的輸入端18與時鐘發(fā)生器12連接。參照圖2。變頻控制電路上采用專用16位SPWM微處理芯片，多種超壓、過流、短路、 過熱防護措施。其上的電源接觸器(KMl) 25，接通后交流電從R、S、T的輸入端，為變頻控制電路和有源電力濾波數(shù)字處理控制電路提供電源，經(jīng)過輸入保護整流濾波電流、信號采集、 信號處理、諧波抑制、無功補償后，從變頻功率輸出電路W、V、U進入電機供電電路。數(shù)字處理芯片DSP1，主要是對從電磁變壓控制電路的輸入回路上電流互感器10(RA/SA/TA)和電壓采集電路4、諧波采樣電路14采集來的電流和電壓信號及諧波信號，進行處理和指令的芯片，其主要功能對從線路的電流互感器10和電壓采樣電路4及諧波采樣電路14采集的諧波信號、采集的電壓、電流信號進行分析、運算、處理、數(shù)據(jù)存儲、串行通訊。運算產(chǎn)生的濾波信號再經(jīng)隔離驅(qū)動電路7，通過PWM驅(qū)動電路8進行脈寬調(diào)制整形。圖中，濾波驅(qū)動及保護電路9是并聯(lián)型有源電力濾波的濾波反諧波輸出電路。主要由每兩個IGBT管串聯(lián)成三組，每個IGBT管并聯(lián)一個二極管，以防止負壓擊穿IGBT管，對電路起到保護作用。IGBT管主要是對PWM脈寬調(diào)制濾波信號進行放大，為變頻控制電路的輸入回路提供補償信號。隔離驅(qū)動電路7及PWM驅(qū)動電路8，主要用于PWM信號的隔離輸出。以上公開的僅為本實用新型的具體實施例，但是，本實用新型并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，其特征在于在變頻控制電路的三相輸入回路上，裝接有源電力濾波數(shù)字處理控制電路；在所述的變頻控制電路的三相輸入回路上，安裝有電流互感器，將檢測的負載電流信號，經(jīng)電流信號處理電路，輸入到數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸入端；在變頻控制電路的三相輸入回路上，并聯(lián)連接有電壓采樣電路，將檢測的電壓信號，輸入到數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸入端；諧波信號采樣處理電路CAP的輸入端與變頻控制電路的三相輸入回路上的至少一相并聯(lián)連接，將檢測的諧波信號，輸入到數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸入端；數(shù)字處理芯片DSP的信號依次經(jīng)隔離驅(qū)動電路、PWM驅(qū)動電路、濾波驅(qū)動及保護電路，并分別通過濾波驅(qū)動及保護電路的三個輸出端，并聯(lián)輸入到變頻控制電路三相輸入回路上。
2.如權(quán)利要求1所述的混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，其特征在于濾波驅(qū)動及保護電路的另一輸出端與數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸入端連接。
3.如權(quán)利要求1所述的混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，其特征在于所述的存儲器輸出端和輸入端分別與相應(yīng)的數(shù)字處理芯片DSP的輸入端和輸出端連接。
4.如權(quán)利要求1所述的混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，其特征在于所述的通訊接口的輸入端和輸出端分別與數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸出端和輸入端連接。
5.如權(quán)利要求1所述的混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，其特征在于變頻功率輸出電路的另一輸出端與輸出信號檢測電路的相應(yīng)輸入端連接。
6.如權(quán)利要求1所述的混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，其特征在于所述的變頻功率輸出電路的另一輸入端與變頻信號驅(qū)動電路的相應(yīng)輸出端連接。
7.如權(quán)利要求1所述的混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，其特征在于所述的 MCU通訊接口電路輸入端和輸出端分別與數(shù)字處理芯片DSP的相應(yīng)輸出端和輸入端連接。
專利摘要本實用新型涉及一種混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電裝置，包括變頻控制電路、混合濾波微電腦智能控制電機節(jié)電控制電路。不僅通過變頻技術(shù)控制電路調(diào)整輸出頻率，又能通過有源電力濾波數(shù)字處理控制電路，抑制諧波、補償無功，通過信息數(shù)字控制系統(tǒng)控制變頻控制電路，達到節(jié)能目的。
文檔編號H02J3/01GK202309076SQ201120425419
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者馬愛剛 申請人:馬愛剛